6.3.Генераторное оборудование и системы синхронизации

6.3.1.Генераторное оборудование

Генераторное оборудование предназначено для формирования и распределения импульсных последовательностей, управляющих работой узлов аппаратуры ЦСП (цифровой системы передачи).

Функционально генераторное оборудование делится на генераторное оборудование передачи (ГОпер) и генераторное оборудование приема

(ГОпр). ГОпер состоит из задающего генератора (ЗГ) и набора делителей частоты. В зависимости от уровня ЦСП (первичная, вторичная и т. д.) состав набора делителей частоты меняется. Так генераторное оборудование в первичной системе содержит делитель разрядный (ДР), делитель канальный (ДК) и делитель цикловой (ДЦ), а в ЦСП, начиная со вторичной, включает в себя делитель-распределитель, групповой делитель и цикловой делитель.

Генераторное оборудование приема строится аналогично ГОпер. Отличие состоит лишь в том, что роль задающего генератора на приемной стороне выполняет выделитель тактовой частоты (ВТЧ), а для обеспечения синхронизации по циклам и сверхциклам используется принудительная установка делителей частоты в исходное состояние по сигналу, поступающему от приемника синхросигналов.

Примеры структурных схем генераторного оборудования представлены на рис. 6.33 [7, 8].

Задающий генератор, обеспечивающий формирование последовательности импульсов тактовой частоты, может работать как в режиме внутренней синхронизации (автогенерации), так и в режиме внешней синхронизации, когда эталонный синхронизирующий сигнал поступает на ЗГ либо от приемной части оборудования ЦСП, либо от внешнего эталонного генератора.

Качество работы задающего генератора характеризуется относительной нестабильностью частоты (δ), определяемой как отношение абсолютной нестабильности частоты (Δf) к номинальному значению (fном): δ = ∆f fном . В свою очередь, f представляет собой разность между теку-

щим значением частоты (f) и номинальным (fном): f = f – fном (как правило, при расчете δ генератора используют максимальное значение f).

290

«Установка по сверхциклу» «Установка по циклу»

к БАСпер к ФГС (БАСпр)

(РГС)

Последовательности импульсов

с частотой следования групп в цикле fгр

Последовательности импульсов

с частотой следования циклов fц

б)

Рис. 6.33. Структурные схемы генераторного оборудования:

а) первичной системы; б) вторичной системы

В состав задающего генератора, схема которого приведена на рис. 6.34, входят формирователь синхронизирующего сигнала (ФСС), система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и формирователь тактового сигнала (ФТС). В свою очередь, ФСС содержит приемник тактового сигнала (ПТС) и делитель частоты (ДЧ), а ФАПЧ – генератор, управляемый напряжением, (ГУН), фазовый детектор (ФД), формирователь управляющего напряжения (ФУН) и делитель частоты (ДЧ).

В режиме автогенерации эталонный сигнал с ФСС отсутствует, петля ФАПЧ разомкнута, и на ГУН подается управляющее напряжение, соответствующее номинальному значению тактовой частоты (как правило, управление частотой генератора осуществляется с помощью варикапов). При этом для стабилизации частоты генератора используют кварцевый резонатор, представляющий собой вырезанную специальным

291

образом пластинку кварца с нанесенными на ее противоположные грани металлизированными слоями – электродами, закрепленную с помощью держателей в так называемых узловых точках, которые в процессе колебания кварцевой пластинки являются неподвижными.

Рис. 6.34. Структурная схема задающего генератора

Эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора (рис. 6.35) содержит последовательный контур L1RC1 , зашунтированный емкостью C0 . Здесь L1 и C1 – индуктивность и емкость, характеризующие свойства кварца и определяемые формой, размерами и ориентацией пластинки; R – сопротивление потерь; C0 – межэлектродная емкость.

C0

Рис. 6.35. Эквивалентная схема кварцевого резонатора

Как видно из схемы, полное сопротивление резонатора определя-

и его фазовая характеристика имеют вид как на рис. 6.36, а значения

292

резонансных частот, пренебрегая сопротивлением потерь ( R ), можно найти в соответствии с формулами ωр1 =1L1C1 и ωр2 =1L1C0C1(C0 +C1) , причем ωр1 < ωр2 .

Z

π/2

–π/2

Рис. 6.36. Частотные характеристики эквивалентной схемы резонатора

Большая крутизна фазовой характеристики резонатора как раз и обеспечивает стабилизацию частоты задающего генератора, а поэтому относительная нестабильность частоты ЗГ (δГ ) в режиме внутренней синхронизации будет определяться главным образом нестабильностью параметров и режима работы резонатора.

В качестве основных причин возникновения нестабильности, как правило, выделяют изменение температуры, напряжения питания и старение элементов схемы. При этом δГ определяется выражением δГ = δt +δр +δс , где δt , δр, δс – относительные нестабильности частоты,

обусловленные, соответственно, указанными выше причинами. Без применения специальных мер, направленных на повышение стабильности

293

частоты генератора, δГ ≈ 4 10−5 , в то время как суммарная нестабильность тактовой частоты, например, для вторичной ЦСП должна быть, в соответствии с Рекомендацией МСЭ G.703, не более ±3 10−5 .

Нестабильность частоты, вызванная изменением температуры, –δt может быть уменьшена с помощью термостатирования кварцевого резонатора, т. е. путем размещения его в термостате, температура в котором автоматически поддерживается постоянной с точностью до десятых, а иногда и сотых долей градуса. Однако поскольку реализация термостатирования считается неоправданно сложной, то в ЦСП оно не используется, поэтому основные меры по повышению стабильности частоты направлены на снижение δр и δс.

Существенного уменьшения так называемой режимной нестабильности частоты δр достигают за счет использования отдельного ис-

точника стабилизированного напряжения, которое подается на ГУН в качестве управляющего, и при этом используют два управляющих элемента с противоположным знаком ухода частоты при воздействии дестабилизирующих факторов.

Коррекцию нестабильности δс, связанной с процессами старения элементов схемы и достигающей величины порядка 2 10−5 , осуществляют путем периодической сверки частоты генератора с эталонной, и при необходимости выполняют подстройку частоты вручную, изменяя напряжение на управляющих элементах.

Предпринимаемые меры позволяют обеспечить работу генератора

сотносительной нестабильностью частоты не более ±1 10−5 .

Врежиме внешней синхронизации петля ФАПЧ замыкается, кварцевый резонатор шунтируется, а на вход фазового детектора поступает синхронизирующий сигнал от ФСС. При этом ФД определяет величину разности фаз импульсов от ГУН и импульсов внешнего синхронизирующего сигнала, а ФУН формирует управляющее напряжение, пропорциональное этой разности. С выхода ФУН управляющее напряжение подается на генератор и изменяет его частоту таким образом, что величина разности фаз уменьшается, т. е. происходит подстройка частоты ГУН под эталонный сигнал. Для увеличения добротности системы синхронизации в цепь обратной связи ФАПЧ, а соответственно, и в схему ФСС включают делители частоты.

294

Внешний синхронизирующий сигнал поступает на ФАПЧ либо непосредственно от приемной части ЦСП, либо с приемника тактового сигнала ПТС, где происходит преобразование биполярного сигнала от внешнего генератора в униполярный. Следует отметить, что в данном случае нестабильность частоты генератора будет определяться нестабильностью частоты источника синхронизирующего сигнала.

Помимо режимов внутренней и внешней синхронизации в генераторе, как правило, предусмотрена возможность работы еще и в режиме внешнего запуска. В этом случае размыкается петля ФАПЧ, а также разрывается цепь положительной обратной связи генератора. В результате собственные колебания в ГУН отсутствуют, а роль генератора сводится к выделению из внешнего сигнала тактовой частоты и формированию последовательности тактовых импульсов.

Для синхронизации других комплектов аналогичного оборудования ЦСП осуществляется формирование биполярных импульсов тактовой частоты с помощью ФТС.

Входящие в состав генераторного оборудования делители частоты помимо выполнения операции деления частоты обеспечивают также и распределение импульсных последовательностей во времени.

Используемые в ГО делители, как правило, представляют собой либо регистр сдвига с логической обратной связью, либо счетчик с дешифратором.

На рис. 6.37, а показана схема делителя на основе регистра сдвига с логической обратной связью, образованной элементом ИЛИ – НЕ. При подаче импульса («1») на вход «R» происходит установка регистра в исходное состояние, т. е. на всех его выходах устанавливается «0». Тогда на выходе ИЛИ – НЕ, а соответственно, и на входе данных «D» регистра – «1».

Поступление импульса на вход синхронизации «C» регистра приводит к тому, что имеющаяся на входе «D» «1» записывается в регистр (на первом выходе «Q1» регистра появляется «1»). На выходе элемента ИЛИ – НЕ, в результате записи «1», устанавливается «0». Подача последующих импульсов на вход «C» будет сдвигать «1» в регистре, при этом «0» на выходе ИЛИ – НЕ будет сохраняться до тех пор, пока «1» не окажется на последнем выходе «Q8» регистра. Следующим импульсом синхронизации схема будет приведена в начальное состояние, т. е. «1» снова появится на первом выходе регистра, и далее цикл будет повторяться.

295